Lehrstuhl für Thermodynamik (LTD)

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

M. Sc. Dominik Schäfer

FB Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Lehrstuhl für Thermodynamik
Technische Universität Kaiserslautern
Erwin-Schrödinger-Straße 44
Gebäude 76/257
67663 Kaiserslautern
Tel.: +49(0)631 205-4904
Fax: +49(0)631 205-3835
E-Mail: dominik.schaefer(at)mv.uni-kl.de

Projektbeschreibung

  • Stofftransport durch Phasengrenzschichten (ENRICO)

Thermische Trennverfahren, wie Absorption oder Rektifikation, basieren auf dem Stofftransport durch die Grenzschicht zwischen zwei Phasen. Die Modelle zur Beschreibung von Stoff- und Energiebilanzen, die zur Auslegung solcher Anlagen verwendet werden, betrachten dabei oft nur die Konzentrationen der Komponenten in den Bulkphasen. Eigenschaften und Prozesse in der Phasengrenzschicht werden dabei oft stark vereinfacht. Molekulare Simulationen und die Dichtegradiententheorie zeigen jedoch, dass es bei vielen technisch relevanten Gemischen zu einer Anreicherung der leichtsiedendenen Komponente an der Grenzschicht kommt. Diese Anreicherung sollte nach dem Fick'schen Diffusionsgesetz einen zusätzlichen Transportwiderstand für den Stofftransport durch die Grenzschicht darstellen. In Molekulardynamischen Simulationsszenarien soll ein Stoffstrom durch eine Phasengrenzschicht gezielt erzeugt werden. Anhand der Simulationsszenarien wird der Einfluss der Anreicherung in der Phasengrenzschicht systematisch untersucht.

  • Molekulardynamische Simulation von Tropfenverdampfung und -explosionen

Die Sprühflammensynthese ist ein Prozess zur Herstellung von Nanopartikeln, bei der eine Prekursorlösung mittels einer Düse in eine Flamme gesprüht wird. Die Prekursorlösung enthält in der Regel ein Metallsalz oder eine metallorganische Verbindung sowie organische Lösungsmittel. Bei der Verbrennung der erzeugten Tröpfchen in der Flamme bilden sich Nanopartikel des entsprechenden Metalloxids. Der Phasenübergang des Prekursors in die Gasphase ist ein für die Qualität des produzierten Nanopulvers maßgeblicher Prozessschritt. Bei der Verdampfung der Spraytropfen kommt es in gewissen Systemen zu Mikroexplosionen. Ziel ist es mit molekulardynamischen Nichtgleichgewichts-Simulationen diese Explosionen von Tropfen zu erzeugen und Eigenschaften und Charakteristika des Explosionsprozesses zu erfassen und systematisch zu untersuchen.

  • Entwicklung von Kraftfeldmodellen für komplexe Ionen

Wässrige Elektrolytlösungen spielen eine zentrale Rolle in vielen natürlichen Prozessen und technischen Anwendungen. Die Kenntnis ihrer thermodynamischen Eigenschaften ist somit von großem Interesse. Die Modellierung von Elektrolytlösungen ist aufgrund starker molekularer Wechselwirkungen anspruchsvoll und phänomenologische Modelle sind meist nur für die Bereiche anwendbar, auf die sie an experimentelle Daten angepasst worden sind. Alternativ bietet sich zur Vorhersage thermodynamischer Eigenschaften die Molekulare Simulation an. Ziel ist es bereits bestehende Kraftfeldmodelle komplexer Ionen weiterzuentwickeln. Hierbei soll auch die Anwendbarkeit zur Vorhersage grundlegender thermodynamischer Eigenschaften außerhalb der Randbedingungen, in denen die Kraftfeldmodelle parametrisiert worden sind, untersucht werden.

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Nach Vereinbarung

Veröffentlichungen / Vorträge / Poster

Veröffentlichungen

  • S. Stephan, D. Schaefer, K. Langenbach, H. Hasse: Mass Transfer through Vapour–liquid Interfaces: a Molecular Dynamics Simulation Study, Molecular Physics (2020) e1810798. [doi]

Vorträge

  • D. Schaefer, B. Kunstmann, M. Kohns, H. Hasse: Characteristics of Droplet Explosions Studied with Non-Equilibrium Molecular Dynamics Simulations, (Bio)Process Engineering - a Key to Sustainable Development, Aachen, 12.-15.09.2022
  • D. Schaefer, J. Staubach, S. Stephan, H. Hasse: Mass Transfer Through Vapor-Liquid Interfaces of Binary Mixtures Studied by Non-Stationary Molecular Dynamics Simulations, The 27th Thermodynamics Conference, Bath, UK, 07.-09.09.2022
  • D. Schaefer, S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Mass Flux Through Vapor-Liquid Interfaces: A Molecular Simulation Study, Thermodynamik-Kolloquium, Web-Conference, 27.-29.09.2021.
  • D. Schaefer, S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Mass Flux Through Vapor-Liquid Interfaces: A Molecular Simulation Study, International Workshop on Molecular Modeling and Simulation, Frankfurt am Main, 01.-02.03.2021.
  • S. Stephan, O. Großmann, D. Schaefer, K. Langenbach, H. Hasse: Enrichment of Components at Vapor-Liquid Interfaces: Origin and Influence on Mass Transfer, Thermodynamik Kolloquium 2019, 30.09-02.10.2019, Duisburg.

Poster

  • D. Schaefer, M. Kohns, H. Hasse: Molecular Modeling and Simulation of Aqueous Solutions of Alkali Nitrate Salts, (Bio)Process Engineering - a Key to Sustainable Development, Aachen, 12.-15.09.2022
  • D. Schaefer, J. Staubach, S. Stephan, H. Hasse: Mass Transfer Through Vapor-Liquid Interfaces of Binary Mixtures Studied by Non-Stationary Molecular Dynamics Simulations, (Bio)Process Engineering - a Key to Sustainable Development, Aachen, 12.-15.09.2022
  • Florian Fleckenstein, Simon Stephan, Sebastian Schmitt, David Fertig, Dominik Schaefer, Johannes Lenhard, Hans Hass: Reproducibility of Molecular Simulation Computer Experiments (Entropy Young Researcher Poster Award), The 27th Thermodynamics Conference, Bath, UK, 07.-09.09.2022
  • D. Schaefer, M. Kohns, H. Hasse: Molecular Modeling and Simulation of Aqueous Solutions of Alkali Nitrate Salts, The 27th Thermodynamics Conference, Bath, UK, 07.-09.09.2022
  • D. Schaefer, M. Kohns, H. Hasse: Molecular Modeling and Simulation of Aqueous Solutions of Alkali Nitrate Salts, Thermodynamik-Kolloquium, Web-Conference, 27.-29.09.2021.

Werdegang

10/2011 - 10/2016Bachelorstudium der Bio- und Chemieingenieurswissenschaften an der TU Kaiserslautern
05/2015 - 09/2015Industrieprojekt bei Thyssenkrupp Industrial Solutions AG, Dortmund
05/2016 - 10/2018Masterstudium der Bio- und Chemieingenieurswissenschaften an der TU Kaiserslautern
seit 11/2018Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Thermodynamik (LTD), Technische Universität Kaiserslautern
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